Jul, 2023

基于生成扩散模型的合成拉格朗日湍流

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TL;DR基于最先进的扩散模型的机器学习方法，能够生成具有高雷诺数的三维湍流中的单粒子轨迹，从而避免直接数值模拟或实验获得可靠的拉格朗日数据；该模型能够定量地重现整个时间尺度范围内的所有相关统计基准，包括速度增量的尾分布、异常幂律和耗散尺度周围间歇性的增强；该模型在极端事件方面表现出良好的普适性，实现了前所未有的强度和稀有性，为产生用于预训练拉格朗日湍流各种下游应用的合成高质量数据奠定了基础。
lagrangian turbulenceparticle trajectoriesmachine learningdiffusion modelstatistical benchmarks
发现论文，激发创造
  • 三维湍流流动的生成扩散

    本文提出了一种基于生成扩散模型的新方法，用于固定几何形状中的强制湍流生成，同时引入了一种基于 Wasserstein 距离的湍流样本质量度量方法，实验证明该方法能以高质量样本为代价规避湍流的不可预测性，并且在从头开始生成湍流场的时间方面击败了工业级数值求解器一个数量级。

    May, 2023

  • 贝叶斯条件扩散模型用于多功能时空湍流生成

    我们介绍了一种基于概率扩散模型的新型生成框架，用于多样化生成时空湍流。我们的方法在贝叶斯框架内统一了无条件和条件抽样策略，并能适应各种条件情景，包括指定条件与生成的非稳定流动结果之间具有直接可微分链接的情况以及缺乏明确相关性的情况。我们的方法的一个显著特点是基于自回归梯度条件抽样的长时跨度流动序列生成方法，在没有繁琐的重新训练过程的情况下完成。通过一系列数值实验展示了我们框架的多样化湍流生成能力，包括：1）从 URANS 输入合成 LES 模拟的瞬态流动序列；2）从给定的初始条件、规定的湍流统计数据或完全从头开始生成非均匀的、各向异性的壁面湍流；3）从不同输入分辨率的低分辨率数据中实现高速湍流边界层流动的超分辨生成。综合而言，我们的数值实验突显了所提方法的优点和变革潜力，在湍流生成领域取得了重大进展。

    Nov, 2023

  • 时间展开：4D 湍流流动的生成建模

    该研究介绍了一种生成扩散模型和物理引导技术，可以生成逼真的流动状态序列，从而实现对湍流流动的时间演变的分析，为生成建模在湍流动力学复杂性研究中提供了宝贵的见解。

    Jun, 2024

  • 基于深度学习扩散生成模型的湍流尺度缩放

    利用基于扩散的生成模型学习湍流涡度轮廓的分布，生成与训练数据集不同的多样化湍流解，并分析新湍流轮廓的统计缩放特性、能量功率谱、速度概率分布函数和局部能量耗散矩。通过与已建立的湍流特性的一致性，该模型证明了其捕捉实际湍流关键特征的能力。

    Nov, 2023

  • 基于扩散模型的偏微分方程数据生成

    为解决物理机器学习中的数据稀缺性问题，我们提出了一种新的物理模拟数据生成方法，利用扩散模型生成合成数据样本，并通过两种情况下的比较检验生成数据样本的准确性和符合物理法则的一致性，从而使它们能够有效地用于下游任务。

    Jun, 2023

  • 生成型扩散模型的非平衡物理学

    透明物理分析推导了扩散模型中的涨落定理、熵产生、Franz-Parisi 势函数，从非平衡物理的角度理解了最近发现的内在相变现象，该统一原理预计将引导机器学习从业者设计更好的算法，也将把机器学习与非平衡热力学联系起来。

    May, 2024

  • 通过扩散生成模型学习近似粒子平滑轨迹

    从稀疏观测数据中学习动力系统是许多领域（包括生物学、金融学和物理学）的一个关键问题。这篇论文介绍了一种将条件粒子滤波与祖先采样和扩散模型相结合的方法，能够生成与观测数据相符合的逼真轨迹。该方法基于迭代条件粒子滤波与祖先采样生成匹配观测边缘概率的合理轨迹，并学习相应的扩散模型。该方法既为复杂约束下高质量、平滑的轨迹提供了一种生成方法，又有效近似了粒子平滑分布在经典跟踪问题中。我们在时间序列生成和插值任务上展示了该方法，包括车辆追踪和单细胞 RNA 测序数据。

    Jun, 2024

  • 壳模型湍流模拟的自动耗散控制

    通过使用 Gledzer-Ohkitani-Yamada (GOY) shell 模型的强烈简化表示，我们构建了一个小尺度湍流模型进行研究，重点探讨了机器学习与物理学的相结合，以及在将机器学习与微分方程相结合时存在的问题。

    Jan, 2022

  • 物理保持的 AI 加速等离子体湍流模拟

    将大涡模拟技术与机器学习相结合，通过 ML 基于子网格尺度模型描述小尺度动力学，从而减少计算量并保留湍流系统的统计物理性质。

    Sep, 2023

  • 使用扩散图进行稳定的生成建模

    我们提出了一个结合扩散映射和兰格朗日动力学的生成模型，通过扩散映射近似训练样本的漂移项，并在离散时间的兰格朗日采样器中实现，以生成新样本。通过设置核带宽与未调整的兰格朗日算法中使用的时间步长相匹配，我们的方法有效地解决了通常与时间步长严重随机微分方程相关的稳定性问题。我们的框架可自然地扩展到生成条件样本。通过对合成数据集和随机子网格尺度参数化条件采样问题进行实验，我们验证了我们提出的方案的性能。

    Jan, 2024